Các chất khác nhau được sử dụng để chuẩn bị các hợp chất thủy tinh được gọi chung là nguyên liệu thủy tinh. Nguyên liệu chính đề cập đến nguyên liệu đưa các oxit khác nhau vào thủy tinh để tạo thành phần chính của cấu trúc thủy tinh, quyết định các tính chất vật lý và hóa học cơ bản của thủy tinh. Các nguyên liệu chính là cát thạch anh, fenspat, đá vôi, dolomit, soda ash, v.v. Hiện nay, các nguyên liệu này thường được cung cấp ở dạng bột.(1) Nguyên liệu silica: Nguyên liệu chính của silica là cát silica (còn được gọi là cát thạch anh), có thể được chia thành cát silica tự nhiên và cát silica đã qua xử lý theo trạng thái tồn tại của nó trong tự nhiên. Do quá trình hình thành phức tạp, thành phần hóa học của cát silica tự nhiên thường biến động rất lớn, nhưng sự phân bố kích thước hạt của nó tương đối đồng đều. Đối với chất lượng cát silica tự nhiên, cần chú ý kiểm soát thành phần hóa học, sự biến động của thành phần và khoáng chất chịu nhiệt. Thành phần hóa học chủ yếu kiểm soát hàm lượng Fez 03, và được phân loại và sử dụng theo chất lượng. Phân loại chất lượng cát silica được liệt kê trong bảng 2-16.2) Chế biến cát silica: Chế biến cát silica là quá trình chế biến và sản xuất nguyên liệu thô chứa silic từ đá thạch anh hoặc đá sa thạch theo một quy trình nhất định. Vì độ tinh khiết của quặng thạch anh hoặc đá sa thạch thường cao hơn, hàm lượng tạp chất ít hơn và ổn định hơn, nên chất lượng cát silica được sản xuất bằng phương pháp chế biến cao hơn và ổn định hơn. Tuy nhiên, từ quặng thạch anh hoặc đá sa thạch đến cát silica có kích thước hạt nhất định rất khó kiểm soát kích thước hạt, do đó chi phí cao. Cát silica thường được chế biến bằng phương pháp ướt, với hàm lượng ẩm nhất định. Cát silica là vật liệu khó nóng chảy nhất. Kích thước hạt, phân bố kích thước hạt và hình dạng hạt có ảnh hưởng quan trọng đến quá trình trộn, nóng chảy và đồng nhất hóa hỗn hợp. Việc giảm kích thước hạt có lợi cho quá trình nóng chảy của thủy tinh, nhưng càng mịn càng tốt. Bột cát silica sẽ tồn tại các cụm, khoảng trống giữa các hạt và một lượng lớn bọt khí siêu nhỏ do quá trình nóng chảy gây ra. Khó khăn nằm ở chỗ, sự hiện diện của bột cát silic cũng có thể gây ra hiện tượng kết tủa sớm và ảnh hưởng đến khối lượng nguyên liệu, chẳng hạn như natri, canxi, magie, khi phản ứng tạo ra mật độ nóng chảy ban đầu, độ nhớt, dễ gây ra hiện tượng phân lớp vật liệu trong lò nung, ảnh hưởng đến các nguyên liệu chịu lửa khác trong khối lượng nguyên liệu. Hình dạng hạt cát tốt hơn là hình dạng góc cạnh, vì hình dạng góc cạnh có diện tích bề mặt lớn và tạo điều kiện tiếp xúc với chất trợ dung tốt hơn, trong quá trình trộn và vận chuyển sẽ không dễ bị phân lớp. Cát silic phải được kiểm tra và chấp nhận tại khu vực khai thác. Hàm lượng ẩm của cát silic phải được kiểm soát dưới 8% khi khai thác quặng và dưới 5% khi cát được vận chuyển đến xưởng. Giá trị dao động độ ẩm là 0,4%. Bảng 2-17 cho thấy các yêu cầu về chất lượng của nguyên liệu thô chứa silic.(2) Hàm lượng A12O3 trong thủy tinh chai thông thường thường là 2,0% ~ 5,0%. Thủy tinh chai làm từ vật liệu trắng cao cấp có A12O3 chủ yếu bao gồm alumina và nhôm hydroxit để giữ lại, nhưng với yêu cầu chất lượng thấp hơn đối với thủy tinh đựng và thủy tinh màu, cũng có thể lựa chọn sử dụng natri fenspat, kali fenspat hoặc canxi fenspat để kéo vào trong việc sử dụng fenspat A12O3 đặc biệt, đồng thời, một phần fenspat Na2O3 hoặc K2O có thể thay thế một phần tro soda, có lợi cho hệ thống nấu chảy thủy tinh. Tuy nhiên, hàm lượng sắt trong fenspat nói chung cao hơn, Fe2O3 rất ít, dưới 0,1%, vì vậy chỉ có thể được sử dụng cho thủy tinh chai và lon thông thường, và không thể được sử dụng cho thủy tinh chai và lon cao cấp hơn. Fenspat theo thành phần hóa học khác nhau có thể được chia thành bốn loại. của fenspat kali, fenspat natri, fenspat canxi, fenspat bari. Trong tự nhiên, có rất ít mỏ riêng lẻ của bốn loại fenspat này, hầu hết chúng được trộn lẫn với các khoáng chất khác theo tỷ lệ khác nhau. Bảng 2-18 liệt kê các yêu cầu chất lượng đối với vật liệu fenspat.(3) Na2O, nguyên liệu thô của oxit natri, là một chất trợ dung tốt cho thủy tinh. Do đó, hàm lượng Na2O trong thành phần hóa học của chai và lon thủy tinh có liên quan chặt chẽ đến điều kiện nóng chảy của thủy tinh, hiện nay chủ yếu nằm trong khoảng 14% ~ 16%. Na2O trong thủy tinh chai chủ yếu được đưa vào bằng tro soda. Tro soda là một loại nguyên liệu hóa học, thành phần chính của nó là Na2CO3. Tro soda được chia thành soda tinh thể (Na2CO3·10H2O) và soda nung (Na2CO3). Hầu hết soda ash được sử dụng trong ngành công nghiệp thủy tinh là soda nung không có nước kết tinh được sản xuất bằng phương pháp kiềm amoni. Soda ash nung là một loại bột màu trắng, dễ tan trong nước, dễ hút ẩm trong không khí và dễ bị chảy nước, vón cục, cần được bảo quản trong kho khô ráo. Soda ash là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến chi phí sản xuất thủy tinh. Nên ưu tiên sử dụng kiềm nặng cho thủy tinh chai. So với kiềm nhẹ, kiềm nặng có độ tơi xốp, khả năng hút ẩm tốt hơn, ít bị bay và phân lớp hơn, giúp cải thiện tính đồng nhất và tốc độ nóng chảy của hỗn hợp. Tuy nhiên, các hạt soda ash quá lớn không thể kết hợp hiệu quả với các vật liệu chịu lửa khác trong hỗn hợp để hỗ trợ quá trình nóng chảy đồng đều, dẫn đến sự không đồng đều trong hỗn hợp vật liệu, ảnh hưởng đến chất lượng nóng chảy và làm trong thủy tinh, do đó, kích thước hạt thích hợp nằm trong khoảng 0,22 ~ 0,42 mm. Thời gian lưu trữ tro soda lâu dài thường chứa 5% ~ 8% nước, khi sử dụng cần xác định độ ẩm kịp thời. Sự bay hơi của tro soda trong quá trình nấu chảy thủy tinh là 0,5% ~ 3,2%. Tro soda nung thường chứa một lượng nhỏ NaCl, vì Cl rất hoạt động, gây ăn mòn vật liệu chịu lửa rất nghiêm trọng. Lượng tro soda lớn và sự tích tụ Cl trong dung dịch thủy tinh gần đây đã thu hút sự chú ý của ngành công nghiệp.(4) Vai trò của kali oxit (K2O) trong thủy tinh tương tự như của Na2O. Trong sản xuất thủy tinh chai và lon, một lượng nhỏ K2O được sử dụng để thay thế một phần nhỏ Na2O, giúp tăng chiết suất của thủy tinh và cải thiện độ bóng cũng như độ truyền quang của sản phẩm. Độ ổn định hóa học của hai oxit kiềm trong thủy tinh tốt hơn so với oxit kiềm đơn lẻ. Trong tỷ lệ của hai chất này, có một điểm tối ưu, hiện tượng này được gọi là hiệu ứng bazơ hỗn hợp. Ảnh hưởng của K2O đến hệ số giãn nở nhiệt của thủy tinh lớn hơn so với Na2O. Do đó, khi thay thế một phần Na2O bằng K2O, cần phải xem xét ảnh hưởng đến hệ số giãn nở nhiệt của thủy tinh. K2O trong thủy tinh chai thường được đưa vào bằng cách nung kali cacbonat. Khi kali cacbonat được nung chảy trong thủy tinh, lượng mất đi của K2O là khoảng 12% khối lượng của chính nó. Yêu cầu chất lượng đối với kali cacbonat là: K2CO3 nhỏ hơn 96%, Na2O 40,2%, KCI + K2SO4 43,5%, không tan trong nước < 0,3%, nước -3%. Giá của kali cacbonat cao hơn natri cacbonat, vì vậy, ngoài các loại chai và lon thủy tinh có yêu cầu đặc biệt, hầu hết các loại chai và lon thủy tinh không sử dụng kali cacbonat để chiết xuất trực tiếp kali oxit, mà thay vào đó sử dụng kali oxit cùng với fenspat. (5) Giới thiệu nguyên liệu canxi oxit Canxi oxit (CaO) trong thủy tinh đóng vai trò chính là chất ổn định, tức là làm tăng độ ổn định hóa học và độ bền cơ học của thủy tinh, nhưng khi hàm lượng quá cao, có thể làm tăng xu hướng kết tinh của thủy tinh và dễ làm cho thủy tinh giòn. Hàm lượng CaO trong thủy tinh chai thông thường là 7% ~ 11%, nói chung không quá 12,5%. CaO ở nhiệt độ cao có thể làm giảm độ nhớt của thủy tinh, thúc đẩy quá trình nóng chảy và Khi nhiệt độ giảm, độ nhớt của thủy tinh tăng lên rất nhanh, khiến việc tạo hình trở nên khó khăn. Do đó, hàm lượng canxi trong thủy tinh bao nhiêu, ngoài việc xem xét ảnh hưởng của canxi đến tính chất của thủy tinh, còn phải xem xét phương pháp tạo hình thủy tinh và các yếu tố khác. Thủy tinh có hàm lượng canxi cao cần được đưa vào lò ủ nhanh chóng, nếu không sản phẩm dễ bị vỡ. Khi nấu chảy thủy tinh natri-canxi, tốt hơn nên chọn tỷ lệ Na0Ca0 gần 21. Nguyên liệu chính được sử dụng trong thủy tinh đựng đồ là đá vôi, canxit và phấn. Đá vôi chứa 40,015% canxi cacbonat được sử dụng trong sản xuất đồ dùng và vật liệu màu trắng. Đá vôi chứa ít hơn 0,04% canxi cacbonat được sử dụng trong sản xuất thủy tinh màu. Hàm lượng nước của đá vôi cần được kiểm soát dưới 1%. Khi thành phần thủy tinh yêu cầu hàm lượng oxit sắt phải rất nghiêm ngặt, nó có thể được thay thế bằng canxit, tinh khiết hơn nhiều so với đá vôi, nhưng cũng đắt hơn nhiều.(6) Lượng oxit magiê (Mgo) trong thành phần hóa học của chai và lon thủy tinh thường nhỏ hơn 2%. Khi sử dụng một phần Mgo để thay thế một phần CaO, có thể làm tăng độ nhớt khi thủy tinh lỏng ở nhiệt độ cao, có thể làm cho tốc độ đông cứng của thủy tinh chậm lại, làm cho thời gian đông cứng kéo dài, cải thiện tính chất tạo hình của thủy tinh và giảm xu hướng kết tinh của nó. Canxi, magiê và oxit kim loại kiềm thổ hóa trị 2 có thể cải thiện độ ổn định hóa học của thủy tinh, ngăn sản phẩm bị mốc trong môi trường ẩm ướt trong thời gian dài. Nói chung, lượng thay thế nên được kiểm soát dưới 3%, trong khi lượng thay thế lớn hơn 3% sẽ ảnh hưởng đến quá trình nóng chảy và tạo hình thủy tinh. Trước đây người ta cho rằng dolomit và đá vôi có các hạt mịn sẽ nóng chảy, nhưng với sự nghiên cứu sâu hơn về cơ chế của hỗn hợp thủy tinh nhiệt độ cao, Sẽ xuất hiện hiện tượng hấp phụ các hạt dolomit xen kẽ xung quanh các hạt silica lớn, ngăn cản cát tham gia vào phản ứng, trong khi các hạt đá vôi thô hơn ở giai đoạn đầu của phản ứng silicat không được làm ướt bởi pha sơ cấp, chất lỏng sơ cấp có thể dễ dàng đi qua các khe hở giữa các hạt dolomit, đá vôi và cát silica lớn để làm ướt xung quanh, làm tăng thêm tốc độ phản ứng silicat. Tuy nhiên, ở giai đoạn sau, khí được giải phóng do sự phân hủy và nóng chảy nhanh chóng của chúng có lợi cho việc làm trong và đồng nhất hóa chất lỏng thủy tinh. Người ta nhận thấy rằng khi kích thước hạt của cả hai loại đá tăng lên đến 2,5mm, tính chất nóng chảy và làm trong của thủy tinh được cải thiện đáng kể, và khi kích thước hạt lớn hơn 3mm, tính chất nóng chảy và làm trong của thủy tinh lại giảm đáng kể. Do đó, giới hạn trên của kích thước hạt đá đôlômit và đá vôi cần được kiểm soát trong một phạm vi nhất định. Hiện nay, việc sử dụng đá đôlômit và đá vôi có kích thước hạt lớn hơn đang là xu hướng. Trong sản xuất thực tế, khi tính toán công thức thủy tinh, người ta sử dụng đá đôlômit để đưa MgO vào, và phần CaO thiếu được bổ sung bằng đá vôi hoặc canxit. Nếu thành phần thủy tinh không chứa CaO, không thể sử dụng đá đôlômit để hút MgO trong thủy tinh, mà nên chọn magie cacbonat để hút MgO. Yêu cầu chất lượng đối với dolomit là Mg0≥20%, Cao < 32%, Fe2O3 < 0,15%.(7) Giới thiệu nguyên liệu oxit bari: Oxit bari (Bao) trong vai trò của thủy tinh và Cao và MgO về cơ bản là giống nhau, nhưng thủy tinh chứa bari và thủy tinh chứa Cao có độ bóng tốt, độ đặc lớn, thường trong thành phần thủy tinh chai màu có 0,5% ~ 1% Bao để cải thiện độ bóng của thủy tinh. Bao có thể đẩy nhanh quá trình nóng chảy, làm trong và ngăn ngừa sự kết tinh của thủy tinh, nhưng khi liều lượng quá lớn, do xảy ra phản ứng 2Ba0 1002 2Ba02, việc làm trong thủy tinh sẽ khó khăn, và vật liệu nung và vật liệu chịu lửa sẽ bị ăn mòn nhiều hơn. Bari sunfat tự nhiên (BaS04) được biết đến là barit, BaS04 chứa một lượng lớn các biến động, và hàm lượng tạp chất cũng lớn, chỉ được sử dụng cho các yêu cầu chất lượng thủy tinh không cao. BaS04 công nghiệp chủ yếu được sử dụng trong flo. Thủy tinh mờ đục và thủy tinh giả ngọc trong sản xuất chai lọ, khiến thủy tinh có hiệu ứng mờ đục tương đối yếu. Nhưng khi sử dụng quá nhiều, nó sẽ gây ra một loạt tác động bất lợi đến vật liệu chịu lửa, nồi nấu kim loại, khuôn đúc và chất lượng sản phẩm. Trong sản xuất chai lọ và lon thủy tinh, người ta thường sử dụng bari cacbonat công nghiệp. Ngoài ra, nguyên liệu chứa bari có độc tính nhất định, trong quá trình phối trộn cần chú ý bảo vệ. Yêu cầu chất lượng đối với bari cacbonat công nghiệp là Bac03 97%, Fe2O3 40,1% và không tan trong axit 3%.
Thời gian đăng bài: 14/04/2020